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Deslizamiento sobre el agua

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Los rodamientos de las máquinas se lubrican normalmente con diversos aceites. Pero hoy en día, grandes cantidades de estos aceites todavía terminan en el medio ambiente. El Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM, MicroTribology Centrum μTC ha desarrollado un método que en el futuro permitirá lubricar los cojinetes de deslizamiento con agua, un método mucho más respetuoso con el medio ambiente.

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Los rodamientos suelen lubricarse con lubricantes a base de aceite mineral, lo que evita el desgaste del rodamiento por el contacto del metal con el metal. En Alemania se utilizan aproximadamente un millón de toneladas de lubricante al año. La fabricación, aplicación y eliminación del petróleo es una carga para el medio ambiente.

La introducción de lubricantes a base de agua beneficiaría enormemente la protección del medio ambiente. Pero hasta ahora, el hecho de que las piezas metálicas se corroan al entrar en contacto con el agua ha sido un gran obstáculo. Un grupo de trabajo del Fraunhofer IWM, MicroTribology Centrum μTC, en Friburgo, ha logrado utilizar aditivos para cambiar el agua de tal manera que en el futuro pueda ser utilizada como lubricante. Esto significó un doble éxito para el Dr. Tobias Amann y sus colegas del Fraunhofer IWM: en primer lugar, la lubricación obtenida es mucho mejor, ya que el agua no es tan viscosa como el aceite. En segundo lugar, se evita la corrosión.

Los investigadores desarrollaron los detalles de su proceso usando un cojinete de deslizamiento, un cojinete que se asemeja a un anillo que rodea un eje de acero giratorio. El anillo está formado por varias capas estructuradas desde el exterior hacia el interior de la siguiente manera: un manguito que rodea el rodamiento, una capa de aluminio y una capa de metal sinterizado que rodea el propio eje. El truco es que la capa interior sinterizada es atravesada por un pequeño canal que permite que el agua fluya entre el eje giratorio y la capa exterior de aluminio. Esta conexión directa es decisiva en el proceso electroquímico, basado en el hecho de que surge una tensión eléctrica entre un metal base como el aluminio y un metal más precioso como el hierro, incluso sin tener que aplicar ningún tipo de campo eléctrico externo.

Convertir el agua en lubricante

Los investigadores utilizan este voltaje eléctrico que surge entre el aluminio en el cojinete de deslizamiento y el hierro en el eje para convertir el agua en un lubricante. "Mezclamos lo que se llaman líquidos iónicos en el agua", explica el Dr. Tobias Amann. "Los líquidos iónicos son sales fluidas que contienen aniones y cationes." Estos iones se reordenan en el campo eléctrico y luego se acumulan en el lado interior del anillo de metal sinterizado de tal manera que sus extremos apuntan hacia arriba, hacia el eje giratorio. Esto forma una especie de capa protectora generada galvánicamente sobre la que el eje puede deslizarse.

El equipo de investigación ya ha demostrado la viabilidad del proceso. Amann y su equipo están buscando socios en la industria con los que piensan optimizar aún más los líquidos iónicos. "Un desafío es que el movimiento del eje genera calor que hace que el agua se evapore", dice el científico. "Ahora estamos buscando mezclas líquidas iónicas que inhiben la evaporación."

Motores eléctricos a pequeña escala más eficientes

La mezcla de iones y agua es mejor para el medio ambiente que el petróleo, y también ayuda a hacer que los cojinetes de deslizamiento sean aún más eficientes. Amann continúa: "El eje se desliza mejor cuando se moja con agua. Esto reduce el consumo de energía en comparación con las operaciones que utilizan un aceite considerablemente más viscoso" Además, se evita la corrosión. Normalmente, el oxígeno del agua reacciona con los aceros que contienen hierro, lo que en última instancia provoca oxidación. El campo eléctrico evita que esto ocurra.

En dos proyectos junto con sus colegas de la Universidad de Friburgo, ambos financiados por el Ministerio de Economía, Trabajo y Vivienda de Baden-Württemberg, los expertos de Fraunhofer IWM desarrollaron incluso más que el cojinete de deslizamiento con su funcionamiento electroquímico interno. También diseñaron un nuevo dispositivo de medición, denominado tribómetro in situ, capaz de controlar el desgaste metálico y los valores de fricción directamente en el cojinete de deslizamiento durante el funcionamiento. Hasta ahora sólo era posible medir el desgaste de un rodamiento desmontando el rodamiento antes de evaluar y medir las superficies. Esto lleva mucho tiempo: "Nuestro nuevo tribómetro permite ahora medir el desgaste in situ, lo que no sólo facilita el desarrollo de lubricantes a base de agua viables, sino también el control continuo de los rodamientos", señala Amann.

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